2022 Fiscal Year Annual Research Report
Impurity-doped rutile TiO2 as novel anode materials for next-generation rechargeable battery
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19H02817
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
薄井 洋行 鳥取大学, 工学研究科, 准教授 (60423240)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂口 裕樹 鳥取大学, 工学研究科, 教授 (00202086)
道見 康弘 鳥取大学, 工学研究科, 准教授 (50576717)
小廣 和哉 高知工科大学, 環境理工学群, 教授 (60170370)
田中 俊行 地方独立行政法人鳥取県産業技術センター, 無機材料グループ, 研究員 (30713771)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ルチル型酸化チタン / 不純物元素ドーピング / ナトリウムイオン電池 / リチウムイオン電池 / 酸素欠損 / 負極 / 粒子形状 / 結晶性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ルチル型酸化チタンは資源豊富かつ安価で入手可能な材料であり，c軸方向に一次元的なイオン拡散経路を有する．ただし，電子伝導性が低いうえにab面内方向へのイオン拡散は非常に遅いことでその性能が制限されてしまうため，ナトリウムイオン電池の負極材料としてこれまで注目されてこなかった．研究代表者はその結晶性を増大させ，Nbをドープするという独自の工夫によりルチル型TiO2がNa+を吸蔵－放出できるようになることを初めて報告してきた．本研究課題では，主に水熱合成法で調製した単結晶ルチル型TiO2に対して，材料化学的工夫により負極性能を向上させる取り組みを行った．
本年度は，これまでに得られてきた知見を統合し，最も優れた性能を示す負極の開発を実施した．種々の価数の不純物元素のドープを行った結果，価数が小さくなるにつれて負極性能が向上することがわかった．その要因について調査を行った結果，不純物元素の価数が小さいと，ドープの際に電荷補償によりTiO2に酸素欠損がより多く導入されやすくなり，その乏しい電子伝導性が改善されることで充放電におけるTiO2の利用率が向上し充放電容量が増加することを確かめた．一方で，TiO2の結晶性や粒子形状が負極特性に与える影響についても検討を行い，ルチル型TiO2の潜在的な性能を引き出すための材料化学的方法論を確立することに成功した．この方法論に基づいて調製したルチル型TiO2は，ナトリウムイオン電池だけでなく，液体電解質を用いたリチウムイオン電池や固体電解質を用いた固体電池においても有用な負極材料となることを確認した．
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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